fazendo ciência
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Ecologia de Populações
Bem vido a aula de ecologia de populações. Mas, antes de começar a aula há perguntas ?
Requer muito e muito trabalho?
Por que a ecologia é tão complicada ?
Prof. Dr. Harold Gordon Fowler popecologia@hotmail.com
Fazendo Ciência
Metas
• O que é o método científico?
• Quais são as premissas do método científico?
• Como funciona o método científico?
• O que é um argumento científico ?
• A ecologia segue o método científico?
“A ciência é um das aventuras mais significantes conhecida pelo Homem.” (Karl Popper)
ORICL April 2008
Sumário do Tópico
O que é a ciência? O que é o método científico?
A. Formas da Inquisição Científica B. Tipos de Lógica C. Quais são as premissas do método científico?
O Delineamento Científico A. O Método Científico B. Teoria e Leis
C. Como funciona o método científico?
D. O que é um argumento científico ? O Método Científico em Ação
A. Exemplos B. Estatística C. A ecologia segue o método científico?
Fazendo Ciência Fazer ciência envolve:
• Formulando boas perguntas
• Construindo respostas boas e plausíveis (ou hipóteses)
• Testando essas hipóteses robustamente, sem ambiguidade, e com honestidade (de seu ponto de vista e de outras pessoas)
A ciência é uma atividade humana criativa que envolve a formulação de perguntas e fazendo observações para desenvolver hipóteses que explicam essas e formas de testar essas hipóteses.
É importante que você aprenda por exemplos e práticas como o processo da ciência funciona.
“Qualquer pessoa que quer ser biólogo e espera encontrar as leis sem exceções que caracterizam a física ficará muito desapontada." Ernst Mayr
O que é a
ciência?
A “ciência” derivada do Latim ‘saber’
É uma maneira de formular e responder perguntas
Procura de respostas das perguntas sobre os fenômenos naturais (limita os tipos de perguntas)
O pensamento científico reduz as reações emocionais
O que é a Ciência?
"...a ciência é nada mais que o sentido comum de sua melhor forma; ou seja com rigidez na observação e sem piedade a falácia da lógica." Thomas Henry Huxley, 1880
“Os cientistas são realistas críticos.” John Polkinghorne
“A ciência pode ser descrita como um ‘escotismo organizado,’ um mundo no qual nada pode ser aceita sem perguntas.” Philip W. Anderson
…porém, e com muita certeza, Margaret Wertheim replica: “A ciência sempre tinha um componente de fé."
Essa última frase implica que a ideia que não todo (ou nada) pode ser provado com uma certeza de 100%; um bom cientista porém permite que as coisas que aceita baseado na fé pode não ser verdadeiras
Mais sobre a ciência "…os cientistas não são uns poucos intelectuais que pensam em
termas de ‘princípios e leis teóricas amplos.’ Mas, os cientistas são pessoas treinadas especificamente para construir modelos que incorporam as premissas teóricas e a evidencia empírica. Lidar com modelos é essencial ao trabalho diário; permite construir argumentos e colecionar dados." Peter Imhof
“A ciência é [melhor] entendida quando é observada em vez de tentar definir com precisão. A palavra ciência provem de um verbo de latim que quer dizer ‘conhecer.’ A ciência é uma forma de conhecer. A ciência emerge de nossa curiosidade sobre nos mesmos, a Terra, e o Universo. Ao tentar entender é uma das forças principais do Homem respeito a natureza e acreditando que suas perguntas tem respostas
O núcleo da ciência é a Pesquisa, uma procura de informação e explicação que geralmente enfoca perguntas específicas.
A Natureza da Ciência
A ciência é uma maneira de fazer perguntas sobre o mundo natural. – Guiada por leis
naturais (da física e química).
– As perguntas precisam ser testáveis!
– Sempre aberta a evidencia nova.
– Falsificável.
Requerimentos
Realidade objetiva – Todos vimos o mesmo mundo.
Leis Constantes da Natureza – O que acontece aqui acontece ala.
– O que aconteceu ontem acontecerá amanha.
Podemos conhecer o Cosmo.
O processo
científico
Identificação dos padrões
Desenvolvimento de explicações ou hipóteses para esses padrões
Desenvolvimento das previsões das hipóteses
Testando as previsões com dados
Ecologia de Populações
Poupa Tempo A ciência é uma forma de poupar tempo Fazer a ciência de forma errada (ou não fazer ciência) resulta
em não poder responder as perguntas em forma eficiente Fazer a ciência de forma errada resulta na perda de tempo de
outras pessoas (com resultados ou hipóteses fracos) O custo de gastar mal o tempo de outras pessoas é ostracismo
— nenhum quer seu tempo mal aproveitado por idiotas incompetentes!
Porém, existe frequentemente pouca diferencia entre fazer ciência difícil d mal gastar o tempo, ou que explica que os problemas fáceis de resolver tendem a ser resolvidos mais rápido
As “cabeças abertas" que as pessoas não cientistas percebem deriva do desejo desenvolvido de responder perguntas difíceis com rigor (robustamente, sem ambiguidade, e com honestidade)
A Ciência como Triagem
Uma triagem é uma forma de poupar tempo
Num hospital do SUS existem três tipos de pacientes: (i) aqueles que sobreviveram sem intervenção médica, (ii) aqueles que não sobreviveram ainda com a intervenção médica, e (iii) aqueles que somente sobreviveram com intervenção médica
Se seus recursos são limitadas então você dedicara seu tempo aos últimos
Cria prioridades
Na ciência geralmente as primeiras perguntas a serem respondidas são as mais fáceis de resolver ou são mais interessantes
As perguntas mais difíceis ou menos interessantes ficam para serem resolvidas posteriormente ou nunca
As Perguntas da Ciência
Que tipo de perguntas fazem os cientistas?
Frequentemente as perguntas examinadas são aquelas percebidas de ter mais beneficio e são menos difíceis de responder
Para algumas perguntas a ciência investe quantidades enormes de recursos (cura de câncer, criação de armamentos de destruição em massa durante emergências militares, e outros)
Para outras perguntas, a ciência (ou principalmente as agencias de fomento de pesquisa) não investem recursos
As perguntas básicas são:
• Vale a pena a meta?
• Existem recursos suficientes para resolver o problema referente a seu beneficio esperado?
• A meta pode ser alcançada?
As Perguntas da Ciência
A meta tem valor? Os recursos necessários para resolver o problema
excedem o benefício percebido? A meta pode ser lograda?
Para a pesquisa aplicada, usando técnicas estabelecidas, as respostas geralmente são sim, sim e sim, ainda quando as perguntas científicas não são muito interessantes
Para a pesquisa básica ou difícil, as respostas podem ser não, não, não
No fim, se uma pergunta é pesquisada depende da quantidade de recursos que a sociedade dedica a ciência
A consequência é que a ciência não sempre alcança suas metas com a eficiência desejada
As ideias loucas: perguntas e formas de responder perguntas tem interesse inerente
Não Respondendo Perguntas Importantes
As prioridades científicas estabelecem as perguntas importantes (Por que existimos?) quase nunca são tratas por cientistas
Num mundo de problemas interessantes e capazes de serem resolvidas, poucos indivíduos racionais dedicam quantidades enormes de tempo e energia á perguntas que não podem ser resolvidas, independente de seu grau de interesse
E sua vida diária: Você lida mais com a paz e prosperidade mundial antes de tratar coisas mais mundanas como indo ao banheiro ou comer um lanche?
Uma pergunta científica ruim tipicamente é uma na qual a possibilidade de responder a pergunta, ainda com tecnologia e recursos abundantes, é muita limitada
Liberal ou Conservativo
Para muitas hipóteses, a tecnologia e conhecimento existente não é suficiente para fornecer provas fortes, independente dos esforços dos proponentes
Essas hipóteses geralmente são descartadas por outros cientistas
Geralmente, os cientistas tipicamente não acreditem nas afirmações que são absurdas, e que são inconsistentes com o que já é conhecido cientificamente
Por isso os cientistas geralmente são conservativos para a aceitação de ideias novas (ou sabem distinguir fala fiada)
Os cientistas sabem quanto trabalho é necessário para testar hipóteses e que de levantar hipóteses é mais fácil de que provar hipóteses
Consequentemente os cientistas tipicamente têm mais interesse nos resultados dos esforços de testar hipóteses do que nas hipóteses
Raciocínio Científico
Um aspecto chave da ciência é o raciocínio que é usado para delinear experimentos, o raciocínio científico
Para testar hipóteses precisa entender o raciocínio científico
Existem duas categorias gerais do raciocínio científico:
• Raciocínio indutivo
• Raciocínio dedutivo
O último é geralmente usado para testar hipóteses e delinear experimentos
O raciocínio indutivo envolve a coleta de observações e hipóteses para formar uma ideia única
Raciocínio Indutivo – Derivar generalizações partindo de observações
específicas
Raciocínio Dedutivo
- As previsões específicas resultam de uma premissa geral
Tipos de
Lógica
Raciocínio Indutivo
Por meio da indução, derivamos generalizações baseadas num número grande de observações existentes.
O raciocínio indutivo está associado com ideias grandes mas não necessariamente um delineamento experimental bom
Por exemplo, a teoria da evolução pela seleção natural de Darwin foi formulada usando o raciocínio indutivo: Muitas observações foram realizadas e uma tema unificante foi descoberta
O raciocínio indutivo não ajudar o teste rigoroso de hipóteses, mas os resultados do raciocínio indutivo proporcionam uma base para a formulação de hipóteses
Outro termo para o raciocínio indutivo é a síntese
Uma síntese, em geral, é análoga a síntese mais específica observada nos laboratórios da química. A síntese é a construção de uma idéia de partes menores.
Redução versus Sistemas
O reducionismo, ou a redução de sistemas complexos a componentes mais simples e capazes de serem pesquisados, é uma estratégia poderosa
Mas, o reducionismo é uma ferramenta mais poderosa do que é como uma filosofia (como não vendo a floresta ao enfocar nas árvores)
A meta última da biologia e ecologia de sistemas é modelar seu comportamento dinâmico
Assim tentamos entender o intero desde o conhecimento de suas partes
Isso é análogo de descobrir uma floresta a partir de estudar árvores individuais, e os fungos, é os animais, e como esses se interagem
Um Modelo Científico
Os modelos são representações abstratas de idéias; podem ser visuais, matemáticas, experimentais, e outros, mas sempre são mais simples do que o sistema modelado
Do corpo
Ao corpo
Do pulmão
Do pulmão
Átrio direito
Átrio esquerdo
Ventrículo esquerdo
Ventrículo direito
Raciocínio Indutivo
…de uma teoria da evolução que combinou a evolução Darwiniana com a Genética de Mendel
Um exemplo de uma sínteses é a “Síntese Evolutiva" da metade do século vinte, por meio do raciocínio indutivo
Raciocínio Indutivo
Muitas pessoas associam a palavra descobrimento com a ciência. Mas, os cientistas geralmente associam descobrimento com fatos novos. Porém, o acumulo de fatos não é ciência; uma lista telefônica é um catálogo de fatos, mas tem pouco a ver com a ciência. Os fatos na forma de observações e resultados experimentais, formam os pré-requisitos da ciência. O que forma o progresso da ciência, porém, é uma idéia nova que explica coletivamente um número de observações que anteriormente não tinham relação. As ideais mais intrigantes são aquelas que explicam a maior variedade de fenômenos. Newton, Darwin, e Einstein se projetam na historia da ciência não porque descobriram muitos fatos mas porque sintetizaram ideais com grande poder de explicação.
Mas, Darwin descobriu um número grande de fatos!
Raciocínio Dedutivo
O raciocínio dedutivo é a base da biologia e da ecologia
O raciocínio dedutivo tem como premissa a consistência
O raciocínio dedutivo é a aplicação de generalizações a circunstâncias específicas
Isso não é uma afirmação profunda; Não é nada mais do que a aplicação do conhecimento atual a coisas específicas que ainda não entendemos bem
Na universidade, as disciplinas ao nível da graduação introduzem os alunos a amostras de temas gerais
Com o tempo aprenderão aplicar essas ideias a situações novas e fazer explicações dedutivas para observações novas
Por exemplo, ao aprender que os lipídeos não dissolvem em água como os carboidratos, pode examinar compostos orgânicos desconhecidos e fazer previsões se são solúveis
Raciocínio
Dedutivo
Observação
Pergunta
Testar previsão Testar previsão
Teste falsifica a hipótese Teste não falsifica a hipótese
Previsão: Trocando a pilha resolve
Previsão: Trocando a lâmpada resolve
Hipótese : Pilha fraca
Hipótese : Lâmpada queimada
O Método Científico A hipótese é testado por via de uma serie de
experimentos e/ou observações. – Esses experimentos e observações precisam
ser replicáveis! – A informação factual resultante desses
experimentos e observações são os dados. – Uma parte importante do experimento é o testemunho, que é um conjunto replicado formulado como o experimento, com exceção que não precisa ser o fator testado.
O Método Científico
1. Observe um acontecimento.
2. Desenvolve um modelo (ou hipótese) que faz uma previsão.
3. Testa a previsão.
4. Observe o resultado.
5. Revisa a hipótese.
6. Repete quando necessário.
7. Uma boa hipótese de sucesso vira uma Teoria Científica.
modelo
teste
Pensamento Hipotético-Dedutivo
O processo do progresso da ciência tipicamente emprega um mecanismo conhecido como o Pensamento Hipotético-Dedutivo
O pensamento hipotético-dedutivo e basicamente implica que conhecemos as observações novas a luz de conhecimento gera previamente aprendido e consultado, e depois formulada como previsões testáveis
O raciocínio dedutivo formulação de hipótese
Porém. nenhum conhecimento é correto, capaz de conhecimento, ou ainda aplicável a observações novas
Mas, não é sempre obvio como aplicar o conhecimento a observações novas
Ao obter uma observação interessante ou importante (replicável) que não pode ser explicada detalhadamente pelo conhecimento científico atual, forma uma pergunta científica interessante.
Formulando boas perguntas
As perguntas pesquisadas precisam ser bem definidas, mensuráveis, e controláveis. As perguntas devem ser razoáveis e consistentes dentro do contexto atual de conhecimento. As pessoas tem uma variedade de maneiras para excluir especulação.
Uma boa pergunta científica é aquela que pode respondida pela experimentação, observação, ou inferência lógica construída sobre a experimentação ou observação previa
Cuidado com as correlações direitas versus indiretas (causa e efeito versus “efeito e efeito”)
As perguntas também são boas se estão associadas com as respostas apropriadas as perguntas
Perguntas boas e ruins
A exposição a radiação ultravioleta aumenta o risco do câncer da pele?"
A boa nutrição resulta no aumento de inteligência?
“Por que os cactos tem espinhos?"
“Os enchentes em Rio de Janeiro são produtos de mudança climática?"
As práticas boas de estudar resultam em melhores notas nas disciplinas?
• Todas essas são boas perguntas, mas não necessariamente fáceis de responder, mas...
Pedro Escobar foi dominado por demônios?
• Pergunta ruim:
• Como definir “demônio”?
• Como determino se Pedro Escobar foi possuído por demônios?
Formulando Hipóteses
Uma hipótese é uma resposta tentativa a uma pergunta bem formulada, uma explicação sob juízo. Geralmente é um postulado educado, baseado na experiência passada e os dados disponíveis da ciência de descobrimento.
Uma hipótese tentativa explica algo observado.
É uma resposta proposta a uma pergunta científica
O Emprego do Método
Científico
Usamos o método científico em nossas vidas cotidianas
Exemplo:
Entre no carro para ir a casa. Acionou a chave mas o carro não deu partida (observação)
Hipótese: Algo está errado com o carro
Previsões: bateria fraca, problema com a ignição, não tem combustível
Testar as previsões: ligar os faróis, verificar as velas, verificar a combustível
Analisar os resultados: faróis funcionam, chispa forte de ignição, medidor do combustível indica meio tanque
Tirar conclusões: medidor não funciona, falta combustível
O Emprego do Método Científico
Hipóteses “Boas”
Uma boa hipótese satisfaz os critérios de:
• Propõe um mecanismo testável
• Não é complicada demais (navalho de Ocham)
• Conforme ao conhecimento existente
• Pode ser falsificada
Se não podemos demonstrar que algo não está correto não pode ser demonstrado de ser correto
As hipóteses tendem de ser favorecidas se ainda não foram demonstradas de serem erradas
O teste de uma hipótese pode incluir a experimentação, observações adicionais, ou a síntese de informação de várias fontes.
Hipóteses Lembre:
• As hipóteses representam causas possíveis
• Refletiam a experiência passada com perguntas similares
• Hipóteses múltiplas devem ser formuladas, se for possível
• As hipóteses devem ser testáveis usando o método hipotético dedutivo
• As hipóteses não podem ser eliminadas
• Mas as hipóteses não podem ser confirmadas com certeza absoluta
Na prática, as hipóteses são fáceis de propor mais difíceis de provar
Alem disso, poucas hipóteses são compreensivas suficientes para durar a luz do tempo e da experimentação para alcançar o status de uma teoria
A Natureza da
Ciência
Podemos fazer tipos diferentes de perguntas sobre a vida. Poucas coisas têm causas isoladas solitárias mas refletem cadeias ou redes e sequencias temporais de eventos. Perguntas sobre as causas próximas (ou
imediatas).
Perguntas sobre as causas últimas.
Causas Próximas
As perguntas sobre as causas próximas (ou imediatas) que determinam o funcionamento de um sistema biológico podem ser estudadas usando o “método científico”. – Como um organismo realiza suas funções
metabólicas de comportamento ou fisiologia?
• Biologia molecular • Biologia celular • Endocrinologia • Biologia de desenvolvimento • Ecologia de populações
Níveis Diferentes de Causalidade
O que implica o termo “causa”? “o que produz um efeito” (Aristóteles)
A causalidade é a relação de causa e efeito.
Na ecologia, causa e efeito implica um fator (causa) e um fenômeno ou processo (efeito), por exemplo: Strepococcus pneumoniea causa a pneumonia e
meningite.
O desmatamento causa a fragmentação da paisagem
Níveis Diferentes de Causalidade
Mas, na realidade implica que: A infecção com Strepococcus pneumoniea, sob uma
gama limitada de condições, pode resultar no desenvolvimento de pneumonia e meningite.
O desmatamento resulta na fragmentação da paisagem.
Importa? Não, mas refeita nosso conhecimento do que definamos, suas causas, e, mais importante, quais estratégias podemos usar.
Erros no pensamento sobre a causalidade
Existem erros comuns em pensamentos sobre causalidade – Genes causam doenças
– A aptidão é função do “estilo de vida”
– O ambiente causa a variação na taxa de crescimento populacional
• Por que são problemáticos?
Porque simplificam demais. Geralmente não consideramos que o status biológico é uma interação entre o fenótipo e o ambiente físico. O estilo de vida não é nada mais do que “ambientes diferentes.” Estilo de vida é uma frase útil porque os fatores ambientais implica eventos externos ao corpo, como a radiação solar, poluição, predadores e outros. O estilo de vida incorpora esses e incluía outros aspectos como o nível de atividade, dieta e comportamento, que são aspectos mais “interativos” entre o fenótipo e o ambiente..
Erros no pensamento sobre a causalidade
Historia Familiar
A historia familiar de um atributo indica “riscos”.
Porém, – Os indivíduos que morrem mais jovens têm
menos chance de manifestar o atributo e suas proles têm uma historia familiar “menor”
– Os indivíduos que vivem mais têm mais probabilidade de manifestar o atributo, mas a longevidade é ignorado como benefício as proles.
Problemas: “genes”
Todo fenótipo é o produto da interação de genes com o ambiente. – Os genes somente especificam as estruturas
das proteínas
Somente quando os genes entram em contato com o ambiente, geográfica, celular, ou biótico, podemos avaliar sua vantagem.
Estilo de vida (envelhecimento, nutrição, infecção, e outros fatores)
Os genes causam doenças? Precisamos Distinguir
Gene 1. Matéria genética que instrua as proteínas que conferem
vantagem ou desvantagem relativa (polimorfismos herdados): “normal”.
2. Mutações da linha germinal: que instrua as proteínas que conferem vantagem ou desvantagem relativa (polimorfismos esporádicos ou aleatórios) nas células germinais e podem ser herdadas
3. Mutações somáticas: que instrua as proteínas que conferem vantagem ou desvantagem relativa (esporádica ou aleatória) limitada a uma célula, e incluía erros de copiando o DNA quando as células dividem, e pode ser importante no envelhecimento
E a outros níveis celulares 4. Erros de transcrição e reparo: erros da leitura /reparo
de DNA, RNA, ou controle do ribosoma.
5. Disfunção celular na síntese de proteínas
6. Modificação interna ou modulação da resposta celular aos fatores externos
Porém, 1, 2, “doenças genéticas”, são nada mais do que
processos genéticos normais que ocorrem na evolução; a única desvantagem é a “doença”;
3-6 envolvem fatores externos
Todos podem incorrer maior ou menor riscos em certos ambientes
Os genes causam doenças?
O Método Científico
O método científico demonstra os componentes importantes de uma pesquisa científica.
Observações
Hipótese
Experimento/ Observações
Conclusão
Teoria Científica
Formas da
Pesquisa Científica
A ciência de Descobrimento ou Descrição – Observação
– Dados Qualitativos e Quantitativos
A ciência a base de Hipóteses
Dados Qualitativos
A palavra dado implica números para muitas pessoas. Porém, alguns dados são qualitativos, as vezes na forma de descrições em vez de medidas numéricas.
O Método
Científico
Na fase de observação, na qual se realizam as observações novas. – Também é o tempo quando se examina os dados
prévios.
Depois, se formula uma hipótese para tentar explicar os dados e observações disponíveis.
• Uma hipótese precisa ser testável!!!
Conhecimento Científico
O conhecimento científico começa com uma observação e uma explicação proposta.
A explicação é uma hipótese
Uma hipótese é testável e falsificável
Na ciência as hipóteses são testadas ao serem usadas para fazer previsões sobre o comportamento de um sistema particular
Exemplo
Hipótese: todo objeto que seguramos cai quando é solto – Testamos isso ao soltar objetos
– Cada objeto que soltamos é um teste de nossa previsão. Quantos mais testes têm sucesso, mais confiança temos em nossa hipótese
E se deixamos cair um balão com Helio?
O que acontece se soltamos algo no espaço?
Essas são exceções a nossa hipótese original. Isso invalida a hipótese?
Conhecimento Científico
Ruína do Apostador! Você entre num jogo no qual você têm uma moeda com cara e caroá, e o outro apostador têm uma moeda igual. Os dois tem a probabilidade de 50% de ganhar a cada lançamento. Você pode apostar R$5 ou R$10. Se a cara aparece você ganha R$1. Se aparece caroá você perde R$1. O jogo continua ate: (1) você fica sem dinheiro, (2) o outro fica sem dinheiro, ou (3) você cansa e decidir ir embora.
Resultados das Apostas R$10
Vez Número de lançamentos
Número de caras
Número de caroás .
1 158 74 84
2 14 2 12
3 192 91 101
4 24 7 12
5 432 211 221
R$5
1 147 71 76
2 23 9 14
3 15 5 10
4 241 118 123
5 45 20 25
R$1 0 Lançamento 2
R$10 Lançamento 4
R$10 Lançamento 5
Resultados das Apostas
R$5 Lançamento 4
R$5 Lançamento 2 R$5 Lançamento 5
Princípios da Ciência
Hipóteses: As respostas potencias das perguntas
levantadas. Derivadas de observações anteriores da
natureza ou de teorias baseadas nessas observações.
Frequentemente se constituem de frases gerais sobre a natureza que podem explicar um número grande de observações diversas.
Se uma hipótese é poderosa para explicar um variedade ampla de fenômenos relacionados, atinge o nível de uma teoria.
Previsão do Futuro As vezes quando a tecnologia e o conhecimento alcançam as
especulações, as hipóteses especuladas podem ser corretas
A utilidade futura proposta de uma hipótese, porém, não garanta sua utilidade atual
Uma promessa vaga da utilidade futura nunca deve ser aceita em vez da utilidade demonstrada da hipótese no presente
Por isso a ficção científica é interessante mas ainda assim é ficção
As únicas previsões razoáveis do futuro são a extrapolação do passado (ou seja, o futuro de alguma maneira será similar ao presente)
A utilidade da ciência (e da história): definição eficiente e com precisão do presente e do passado para prever as consequências futuras das tendências e ações atuais
Experimentação
Uma grande parte do tempo de um cientista é gasta testando hipóteses em vez de formulação de hipóteses
Por isso as pessoas acham que
um cientista é uma pessoa com roupa de laboratório que trabalha a uma bancada
Experimentação
O aspecto mais criativo da ciência é o desenho de um teste de sua hipótese que proporciona evidencia não ambígua para falsificar ou apoiar sua explicação…
Frequentemente os cientistas definiam,
criticam, e modificam uma variedade de experimentos e outros testes antes de dedicar tempo e recursos a realizar um experimento.
O Protocolo / Procedimento
O protocolo é o método passo a passo, ou seqüência de passos a serem realizados no experimento ou observação. Deve ser registrado em seu caderno de campo antes de iniciar o experimento ou observação, e qualquer exceção ou modificações deve ser registrado durante o experimento
Os protocolos podem ser delineados a base da
pesquisa publicada nas revistas científicas, colaboração com outros pesquisadores, ou pelas suas idéias novas e criativas. O processo de resumir o procedimento incluía determinar o(s) tratamento(s) de testemunho, os níveis do tratamento, e o número de replicas
Quanto Detalhe é O Suficiente?
O protocolo é como o experimento ou observação é realizado
O protocolo precisa incluir todos os detalhes relevantes de modo que o pesquisador original ou outros podem repetir o experimento ou a observação no futuro
Na prática, porém, muito coisa não fica explicita num protocolo que depende do conhecimento do leitor
Consequentemente, dois indivíduos usando o “mesmo" protocolo não sempre repetem os resultados dos outros
Na realidade existe uma arte de incluir todo detalhe "relevante“ num protocolo menos compreensivo
Minimamente, o pesquisador deve escrever o que foi feito de modo que permite repetir o protocolo no futuro
Quanto mais compreensivo o protocolo, menos conhecimento do leitor é necessário
O Método
Científico
Os cientistas podem formular uma conclusão baseada nos dados. – A conclusão pode envolver o aceito ou a rejeição
da hipótese inicial.
– Experimentos adicionais podem ser necessários para ajusta as conclusões.
• As hipóteses tem apoio, mais nunca são provadas.
O Método
Científico As hipóteses novas são geradas das
conclusões, e o processo começa de novo. Uma teoria resulta quando um grupo de
hipóteses relacionadas têm apoio de muitos experimentos e observações. – As teorias são as ideias que os cientistas tem
mais confiança! • Teoria de gravidade • Teoria da seleção natural
O Método Científico
O modelo anterior é muito simples e o resultado é muito linear.
O ‘modelo de atividade’ para a pesquisa científica demonstra que interações mais complexas são envolvidas.
Harwood, W. S. 2004. A new Model for Inquiry: is the Scientific Method Dead? Journal of College Science Teaching. 33(7): 29-33.
Quero prevenir mordidas de Amblyomma cajense quando for ao Pantanal. Me falaram que sabonete de enxofre pode reduzir o risco mas como vou saber?
Hipótese: Sabonete de enxofre repele Amblyomma cajense
Previsão: pessoas que usam
sabonete de enxofre terão
menos Amblyomma cajense do que as
pessoas que não usam
O Emprego do Método Científico
Termos Importantes: Variável Independente (manipulado): condição
sob pesquisa (escolhe) Variável Dependente (que responde): condição
que pode mudar sob a influencia do variável independente (para registrar medidas)
Variáveis de Testemunho: condições que podem influenciar o resultado do experimento e precisam ser mantidas constantes entre grupos.
O Emprego do Método Científico
Termos Importantes:
Grupo experimental: grupo(s) sujeitos ao variável independente
Grupo de testemunho: grupo não sujeito ao variável independente, usado para comparar o tratamento
replicação: produzir o mesmo resultado consistentemente para verificar o resultado. É importante descrever o protocolo usado para que outras pessoas podem fazer o mesmo experimento.
O Emprego do Método Científico
Hipótese: sabonete de enxofre repele Amblyomma cajense Previsão: pessoas que usam sabonete de enxofre terão menos Amblyomma cajense do que pessoas que não usam
VI: sabonete de enxofre
VD: presencia de Amblyomma cajense
VTs: qualquer coisa que pode influenciar o número de Amblyomma cajense nas pessoas
Pense em algumas???
O Emprego do Método Científico
Protocolo Experimental
Divida aleatoriamente a turma em dois grupos.
Toda a turma fica na mesma pousada, mas os membros do grupo I usam sabonete de enxofre e o grupo II não usa
Após dois dias de
andar no Pantanal,
as pessoas são
examinadas por
carrapatas.
Resultados: as pessoas que usaram sabonete de enxofre foram virtualmente livres de Amblyomma cajense após dois dias comparadas com as pessoas que não usaram antes de entrar no Pantanal
O Emprego do Método
Científico
O Método
Científico 1. Observe um acontecimento.
2. Desenvolve um modelo (ou hipótese) que faz uma previsão.
3. Testa a previsão.
4. Observe o resultado.
5. Revisa a hipótese.
6. Repete quando necessário.
7. Uma boa hipótese de sucesso vira uma Teoria Científica.
modelo
teste
Ciência da Alimentação
Cozinhando
Hipótese
A receita da avo
Teoria Científica.
Ciência Cotidiana
Método Científico Fazer Molho de Espaguete
Observação Molho de espaguete deve ficar vermelho.
Hipótese (previsão) Tente um molho de tomate.
Teste Esquentar molho de tomate.
Observe o resultado Experimente o molho – sem sabor.
Revise a hipótese? Use molho de tomate e alho!
Teste novo? Adicione alho, experimente - não tão ruim.
Teoria científica A Receita Final.
Ciência Cotidiana Método Científico Telefone Celular
Observação O celular não liga.
Hypothesis (prediction) Prever que a bateria está sem carga.
Teste Recarrega a bateria.
Observe result O celular liga.
Revise hypothesis? Não necessária.
Teste novo? Não necessário.
Teoria científica Telefones celulares não funcionam sem bateria carregada
Alimento de formigas Método Científico Dieta da formiga lava-pés
Observação Solenopsis invicta prefere proteínas aos carboidratos
Hipótese (previsão) Distancia do ninho pode influenciar a atração da fonte alimentar
Teste Faz 100 ensaios de combinações de proteínas e carboidratos, e 100 cada somente com proteínas e carboidratos
Resultados Existem freqüências iguais de exploração de proteínas e carboidratos
Revisão da hipótese? Tente combinações diferentes de proteínas e carboidratos
Teste novo? Faz de novo os testes. Observe os resultados.
Teoria científica Solenopsis invicta é onívora
Experimento Exemplar
Observação: as mariposas claras são mais comuns em áreas naturais e as mariposas obscuras são mais comuns em áreas poluídas.
Previsão 1: as mariposas sobrevivem mais se imitam o fundo. – Apoiado por estudos experimentais com aves
predatórias. Previsão 2: se as áreas poluídas são recuperadas, as
mariposas claras devem ficar mais comuns (quando os liquens crescem nos troncos).
Os Postulados de Koch • 1. O organismo específico deve ser presente em
todos os casos dos animais que padecem de uma doença específica e ausente nos animais sãs.
• 2. O organismo específico deve ser isolado do animal doente e multiplicado por cultura no laboratório.
• 3. O micro-organismo recém isolado, quando inoculado num animal saudável do laboratório, deve causar a mesma doença observada no animal original.
• 4.O micro-organismo deve ser isolado de novo em cultura pura da infecção experimental.
Os Critérios de Hill Força da associação: quanto mais forte a associação entre a
causa putativa e o efeito, mais provável existe uma conexão entre os dois.
Timing: A causa deve preceder o efeito.
Distribuição: A distribuição espacial de (x) deve aproximar a distribuição espacial do agente causal.
Gradiente: A resposta deve correlacionar com a intensidade do gradiente.
Consistência A relação entre causa e efeito precisa ser replicada em estudos independentes em locais diferentes.
Especificidade: Indivíduos ou populações sem exposição a causa não devem demonstrar o efeito.
Plausibilidade biológica: o mecanismo biológico da causa deve ser consistente com os efeitos.
Modelos experimentais: devem demonstrar o efeito sob condições experimentais.
Intervenção: a retirada da causa suspeita deve resultar no sumiço do efeito.
Em Aquiduana os alunos compararam dois locais com dois transetos de palmeiras medindo e contanto os indivíduos. Os dados depois foram comparados usando o teste de Kolmogorov Smirnoff.
O Método Científico
Funciona?
Hipótese Nula: não existe diferencias na estrutura populacional entre locais.
Hipótese Alternativa: existe uma diferencia na estrutura populacional entre locais.
O Método Científico
Funciona?
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Fre
qu
en
cia
de
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os
Classe
O Método Científico
Funciona?
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
1
1,05
1 2 3 4 5 6 7 8
Fre
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cia
Ac
um
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da
Classe
O Método Científico
Funciona?
A maioria dos indivíduos nos dois locais eram juvenis
Houve muitos bromélias que tal vez influenciou a carência de indivíduos maiores
A quantidade grande de juvenis versus indivíduos maiores pode ser consequência de uma mortalidade maior de palmeiras mais jovens
O Método Científico
Funciona?
O teste K - V demonstrou que não podemos rejeitar a hipótese nula.
Por isso, as populações de palmeiras nos dois locais tinham a mesma estrutura
O Método Científico
Funciona?
Um exemplo famoso: a energia de uma explosão nuclear
O governo americano queria manter em segredo a produção energética das explosões nucleares.
Porém, fotografias da explosão nuclear foram publicadas na revista Life.
Usando a Analise Dimensional, G.I. Taylor calculou a energia da explosão e o governo americano ficou bravo porque acreditou que houve esvaziamento de informação
O raio, R, da explosão depende do tempo desde a explosão, t, a energia da explosão, E, e a densidade da media, , que a explosão expande
• [R]=m, [t]=s,[E]=kg*m2/s2, =kg/m3
• R=tpEq k
1 2q 3k
0 p 2q
0 q k
q=1/5, k=-1/5, p=2/5
R (E /)1/ 5 t 2 / 5 E R5
t 2
Pode substituir valores múltiplos para r e t para obter estimativas boas de E.
Causas Últimas
Alguns cientistas fazem perguntas sobre as causas últimas.
O método comparativo é mais usado do que a
experimentação. – Bioquímica comparativa – Evolução molecular – Biologia celular comparativa – Anatomia comparativa – Fisiologia comparativa – Sistemática filogenética
Causas Últimas
Na biologia evolutiva, as características da biologia molecular, biologia celular, a estrutura dos organismos, e a biologia de desenvolvimento e a ecologia são comparadas.
Os padrões de similaridade que resultam podem ser usados para testar as hipóteses de relação.
Teorias Científicas Uma hipótese vira teoria após de muitos testes (ou
tentativas de falsificação), todos que não conseguem falsificar a hipótese
Um aspecto importante dos testes é que são realizados por vários grupos usando muitas técnicas independentes
Ou seja, uma teoria é uma hipótese apoiada robustamente.
Por que por definição uma teoria já passou por muitos críticos e tentativas de falsificação, não é provável que você ou qualquer pessoa pode demonstrar com sucesso que uma teoria bem estabelecida seja falsa
Por exemplo, a teoria da evolução de Darwin (o que é aceita normalmente como fato)
Teorias
Uma teoria é uma hipóteses com muito sucesso.
Toda hipótese faz previsão.
Toda teoria faz previsão.
Toda teoria pode ser testada.
Resultado: Qualquer teoria científica é sujeita a mudança quando nossa capacidade de realizar testes, ou fazer observações dos resultados de testes melhora com o tempo.
O que é uma teoria e como ela difere de uma hipótese ou de uma especulação?
• Primeiro, uma teoria tem uma aplicação mais ampla do que uma hipótese
• Segundo, uma teoria é suficiente geral para gerar outras hipóteses específicas novas que podem ser testadas
• E finalmente, comparada a qualquer hipótese, uma teoria geralmente tem o apoio de muitas outras evidencias
Aquelas teorias que a ciência adote (como a teoria da seleção natural) explicam uma diversidade enorme de observações e tem o apoio do acumulo de evidencias
Teorias Científicas
Leis Científicas
Uma lei é “uma afirmação da ordem ou relação que existe para certos fenômenos e é invariável sob as condições especificadas” Webster
Em outras palavras, uma lei é uma hipótese robusta é infalível
Na ciência é considerada errada chamar uma teoria como uma lei
O uso de princípios
Os princípios da biologia e ecologia se derivam de: – Leis da física e química
– O método científico
Porque a vida compartilha uma origem evolutiva comum, os princípios de um grupo taxonômico freqüentemente podem ser aplicado a outros grupos taxonômicos.
Teorias e Leis
Naturais
Teoria: uma descrição do mundo que cobre um número relativamente grande de fenômenos e passou por vários testes observacionais e experimentais
Leis Naturais: teoria (ou grupo de teorias) que foi testado extensivamente e se aplica sempre no universo -fazem parte do marco conceitual da disciplina
Leis Físicas
Primeira Lei da Termodinâmica – a energia não pode ser criada ou destruída, mas pode ser transformada.
– A energia entra o sistema como luz solar. A
energia da luz solar se transforme em ligações químicas por via da fotossíntese.
– Ao quebrar as ligações, a energia é liberada.
Leis Físicas
Segunda Lei da Termodinâmica – os sistemas físicos tendem a um estado de entropia ou desordem.
A energia é necessária para manter a organização
complexa dos organismos vivos (negentropia).
Leis Físicas
“Qualquer pessoa que quer ser biólogo e espera encontrar as leis sem exceções que caracterizam a física ficará muito desapontada." Ernst Mayr
A organização molecular complexa de células vivas se logra e se mantêm somente se existe energia para proporcionar sua organização.
A sobrevivência, o crescimento, e a reprodução de seres vivos precisam de energia que se origina da quebra das moléculas alimentares complexas para formar descartes orgânicos simples.
Observação
Pergunta
Testar previsão Testar previsão
Teste falsifica a hipótese Teste não falsifica a hipótese
Previsão: Trocando a pilha resolve
Previsão: Trocando a lâmpada resolve
Hipótese I: Pilha fraca
Hipótese II: Lâmpada queimada
intuição
Experimento científico puro
Decisão com ajuda de colegas
Decisão com ajuda do sistema
boa Estrutura Da tarefa pobre
+
intuição Análise
Quase experimento com controles relaxados
Ensaio de controle e estatística
ANÁLISE
INTUIÇÃO Qualidade da intuição
Qualidade da
análise
Menos Precisa/ explicita
Definição de conceitos Especificação das relações Medição das magnitudes
mais Precisa/ explicita
MODO “7” 6 5 4 3 2 1
Geração de descritivo estudo estudo experimento Conhecimento (modelo de casos controlado científico positivo) e controle aleatorizado
TOMADA DE “decisão” decisão decisão decisão DECISÃO não cognitiva clínico por (modelo consenso normativo)
PREMISSA: A quase racionalidade é a
meia do continuo cognitivo
Seis pontos da diversidade dentro da ‘quase racionalidade’: – Método cognitivo – desde a intuição até a análise
– Facilidade – do uso de cada modo de cognição
– Grau de controle – desde a intervenção até a representação
– Potencial do conflito interpessoal – baixo (análise) alto (intuição)
– Cobertura – mais intuição mais cobertura
– Correspondência vs. coerência – intuição enfatiza a correspondência, análise enfatiza a coerência
Premissa: Cognição se desloca ao
largo do continuo intuitivo analítico em
função do tempo
As atividades cognitivos podem se deslocar ao largo do contínuo intuitivo e analítico no tempo. Quando isso acontece, as contribuições relativas dos componentes analíticos e intuitivos a quase racionalidade mudarão. A cognição de sucesso inibe movimento, o fracasso estimula o movimento. (Hammond , 1980)
O Tão da auto-correição
Um aspecto chave da ciência é sua qualidade progressiva de auto-correição. Uma sucessão de cientistas que lidam com o mesmo problema utilizam o que foi aprendido anteriormente. É normal que os cientistas verificam as conclusões de outros cientistas e tentam repetir as observações ou experimentos. Entre os cientistas que trabalham com a mesma pergunta, existe competição e cooperação. Os cientistas compartilham informação por meio da publicação, seminários, simpósios, e comunicação pessoal. Também examinam com cuidado o trabalho de outros cientistas.
Na ciência geralmente um teste único não proporciona os resultados que apoiam ou falsificam completamente uma hipótese. Na maior parte dos casos a evidencia serve para modificar a hipótese ou as condições do experimento.
O Tão da auto-correição
A auto-correição implica que teste de hipóteses é geralmente repetido por outras pessoas quando dura como hipótese:
• Impacta o trabalho de outras pessoas (ou seja é importante)
• É plausível (e pessoas querem acreditar que os testes existentes possam apoiar a hipótese)
• Pode ser testada por outras formas
• E contrária ao entendimento anterior
As vezes se uma hipótese é muita absurda então quem propus teria que procurar evidencias a seu favor, e outras pessoas simplesmente rejeitam a hipótese; Isso ocorre especialmente o case se outras pessoas não considera a hipótese como especialmente importante ou plausível:
• Examine a hipótese da fusão fria? Sim!
• Examine a hipótese da movimento perpétuo? Não!
O Sucesso na Ciência
“O sucesso na ciência é recompensado pela atenção. Você somente entre na comunidade científica ao receber a atenção de cientistas colegas. Recebendo essa atenção é a motivação principal para se formar como cientista e de praticar a ciência. Para maximizar esse dom, precisa empregar sua atenção da forma mais produtiva. Não compensa gastar para descobrir coisas já conhecidas. Tampouco a reinvenção de termos não compensa a atenção. Compensa reconhecer o trabalho de outros cientistas." Georg Franck
Na faculdade, se você faz uma nota 8 numa ciência tem retorno de notas boas nas disciplinas, e formam as mesmas destrezas: aprendizagem, síntese, e capacidade de comunicar bem seus pensamentos.
O Método Científico
Funciona?
O método científico como ferramenta.
A ferramenta funciona? – Expectativa da vida
– Taxas de mortalidade
– Adaptação
Existem ferramentas melhores?
Ceticismo
As atitudes de ceticismo derivam dos desejos de evitar perda de tempo com perguntas sem utilidade significante
Por isso a resposta da pergunta (demonstração de ausência de falsificação da hipótese) depende dos proponentes de ideias em vez de seus oponentes
As afirmações extraordinárias, ou aquelas não consistentes com uma base existente de conhecimento que duram no tempo, tipicamente requerem de provas extraordinárias para serem aceitas
Essas provas provem de tentativas rigorosas, robustas e honestas para falsificar a hipótese de forma sem ambiguidade
Teorias Não
Científicas
Não fazem previsões
Não podem ser testadas
Não podem ser falsificadas
Teorias Não
Científicas Os telefones celulares não funcionam?
extraterrestres puxaram a carga. A espaguete não tem sabor? Você precisa
comer alimentos sem sabor. O celular não funciona? Deus está bravo. O Corinthians perde! No instante do gol, o juiz
foi transportado a uma dimensão alternativa onde todo a defesa foi extinta. Acontece instantaneamente.
Teorias Não Científicas
Viking Orbiter (1976) Mars Global Surveyor (1998)
Teorias Não Científicas
A cadeia de eventos necessários para a ocorrência da vida é complicada demais de atribuir a sorte. Por isso, uma inteligência divina precisava causar a origem da vida (Desenho Inteligente).
Astrologia e o Poder
(TIME, May 16, 1988) --
“A primeira dama mechou com a astronomia desde 1967. Em 1981 [Joan] Quigley fez ela crer ….e desde então nenhuma atividade presidencial foi agendada sem a astrologia. Para a cúpula entre Reagan e Gorbachev em Washington, ela fez a leitura de ambos e determinou que o momento mais propicio da cúpula seria as 14 horas em 8 de dezembro de 1987.
“[Donald, ex chefe de gabinete da Casa Branca] Regan e outros fazem um caso forte de que em 1986 e 1987 a influencia astrológica influenciou a eficiência do presidente, pelo menos em parte, porque o Presidente ficou ausente por muito tempo. A intromissão da mulher de Regan para agendar compromissos ‘começou interferir com o conduto normal da presidência,” Regan confiou em entrevista a revista Time (TIME, 16 de maio de 1988)
Falsificação
Uma Teoria Científica verdadeira nós informa quais observações são necessárias para sua falsificação. – Muito distinto de:
• Face na Marte
• Criação
• Desenho Inteligente
• Astrologia
Testes da Seleção
Natural
Quais testes falsificariam a Seleção Natural?
O que aprendemos?
120 Ecologia de Populações
O método cientifico nós permite aproximar a resposta da pergunta
O Método científico usamos todo dia
Identificar a pergunta
Interpretar os resultados
Testar a Hipótese
Publicar os resultados
Formular uma Hipótese
Coletar dados Consultar a Informação Existente
Desafio -Tarefa
Como usar evidencias
Como fazer um
Relatório Científico
Introdução – Indicar a hipótese testada
Métodos – Explicar como você pode conduzir o
experimento
Resultados – Incluir quais gráficos e figuras usará
Discussão – Explicar a relevância possível do estudo
Desafio -Tarefa Invente um teste científico para alguma
pseudociência (astrologia, tarô, búzios). – Qual afirmação está testando?
– Como fará o teste?
Responde o questionário
no site usando as dicas
de um relatório científico
(a seguir)
Desafio Pense em duas decisões comuns mais muito diferentes
(qualitativamente) que você enfrenta nas disciplinas Para cada um descreva a:
– Complexidade da estrutura da tarefa (número de dicas; se são redundantes; qualquer princípio de organização?)
– Ambiguidade do conteúdo da tarefa (disponibilidade de um princípio de organização; familiaridade do conteúdo da tarefa; possibilidade de precisão)
– Forma de apresentação da tarefa (decomposição da tarefa; definição das dicas; tempo de resposta permitida ou implícita).
Pense em qual modo de cognição que você deve usar para o problema e o que você realmente usa diariamente ?
TAREFA
1. Escreve sua definição do método científico.
2. Distinguir entre uma “hipótese” e uma “previsão.”
3. Como isso relaciona a uma hipótese “estatística”
versus uma hipótese “científica”?
4. Como a ciência difere das atividades humanas
cotidianas?
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